Як отримують гелій: основні методи та процеси

Гелій – це безбарвний, безглечовий газ, який є одним з найлегших відомих елементів. Він використовується в різних галузях науки і технологій, включаючи медицину, електроніку, аеронавтику та багато інших. Протягом останніх десятиліть попит на гелій стрімко зростає, що викликає різні проблеми, пов’язані з його отриманням та зберіганням.

Основні методи отримання гелію включають його виділення з природного газу, повітря та ядерних матеріалів. Головним джерелом гелію є природний газ, в якому він міститься у невеликій кількості – близько 0,0005-0,0006%. Для його отримання застосовуються різні процеси, включаючи процеси охолодження, стиснення і фракціювання газу. За допомогою цих методів гелій можна привести до рідинного стану, де його отримують шляхом дистиляції.

Один з найпоширеніших методів отримання гелію – це виділення його з природного газу. Цей процес передбачає використання спеціального обладнання, яке здатне зігрівати й охолоджувати газ, відокремлюючи гелій від інших складових. Застосовується також процес фракціонального зрідження газу, який базується на принципі різних кипінь складових.

Гелій отримують також з повітря. Основний принцип в цьому випадку – використання дистиляції для зрідження повітря і отримання різних складових. Гелій має нижчу температуру кипіння, ніж решта складових повітря, тому під час дистиляції він легко випаровується і знімається.

Окрім того, гелій може бути отриманий шляхом низькотемпературного розщеплення ядерних матеріалів. Цей процес визначається як перетворення атомів гелію відповідно до рівня енергії.

Історія відкриття гелію

Першим науковцем, який займався дослідженням гелію були Іоганн Кеплер та Вільгельм Гілтенбранд. Вони помітили, що коли повітря спалювали, афлюентні гази зникали. Тому вони вирішили припустити, що є ще один “невидимий” газ, який поповнює недостачу газу. Вони назвали його “Новим Палючим” – адже цей газ легко підпалювався.

Проте перший фактичний запис про гелій асоціюється з французьким вченим Жюлем Сезарем, який виявив його в 1868 році. Він зауважив аномальну фіолетову смугу у спектрі Сонця. Однак, Сезар не розумів природу цієї фіолетової смуги, тому назвав її “гелій” за назвою грецького бога Сонця – Геліоса.

Пізніше Локект Агассіз і Роджер Аймс зуміли довести, що гелій насправді є окремим хімічним елементом. Кілька років потому, у 1903 році, норвежські науковці Сванте Аррениус та Теодор Сілліман відкрили проведення гелію з нафтового сланцю. З огляду на його рідкісність та незамінність, гелій швидко знайшов застосування в медицині, науці та технології.

Відкриття гелію на початку 19-го століття

Гелій був відкритий на початку 19-го століття у результаті спостереження за сонячним затемненням. У 1818 році французький астроном П’єр-Жюль Жансен помітив новий спектральний ліній у спектрі сонця, який не підпадав під теорії відомих елементів. Він назвав його гелієм, за грецьким словом “νέος” (новий).

Проте, впевнитися у природі гелію вдалося лише через 27 років. Під час сонячного затемнення 18 серпня 1868 року, англійський астроном Норман Локєр аналізував спектр світла, що випромінювався сонцем за допомогою спектрографа. Він помітив спектральну лінію, яка не співпадала зі спектральними лініями відомих елементів. Спочатку Локєр вважав, що це лінія належить до до тоді ще не знайденого на Землі хімічного елементу, яким виявився гелій.

Отримання гелію у вільному вигляді було досягнуто пізніше, у 1895 році. Вченим Етьєном Галлетом та Вільгельмом Рамзайом був проведений експеримент, в якому використовувався радіоактивний елемент радій. Вони помітили, що після розпаду радію з’являвся газ, який не реагував з іншими речовинами. Цей газ був гелій. Вчені змогли виділити гелій та виміряти його властивості, що дозволило переконатися, що це саме той елемент, який був виявлений раніше у спектрах сонця.

Методи отримання гелію

Гелій є другим найлегшим хімічним елементом та найлегшим незваженим газом. Його видаляють з природного газу або отримують шляхом розщеплення деяких радіоактивних елементів.

Отримання гелію з природного газу:

Розщеплення радіоактивних елементів:

Ці методи використовуються в промисловості для отримання гелію, який потім застосовують у різних галузях, наприклад, у наукових дослідженнях, медицині, аерокосмічній промисловості та інших. Забезпечення постачання гелію є важливим завданням для багатьох галузей технологій та наукових досліджень.